鍋爐給水水質(zhì)對殼牌煤氣化的影響

劉闖 朱翠翠 盧曉茜

摘 要：殼牌煤氣化裝置目前已達(dá)到穩(wěn)定長周期生產(chǎn)設(shè)計要求，在生產(chǎn)過程中，鍋爐給水水質(zhì)是保證殼牌煤氣化穩(wěn)定運行的重要因素，保證高質(zhì)量的水質(zhì)對殼牌煤氣化穩(wěn)定運行起著非常重要的作用。

關(guān)鍵詞：鍋爐給水 殼牌煤氣化 影響

中圖分類號：TQ545 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）007-019-03

義煤集團(tuán)開祥化工甲醇生產(chǎn)煤氣化裝置采用目前世界最先進(jìn)的殼牌粉煤加壓氣化技術(shù)、氣體凈化采用德國林德公司開發(fā)的低溫甲醇洗工藝，甲醇合成采用魯奇低壓合成工藝。生產(chǎn)裝置和公用工程設(shè)施實行DCS集中控制。目前該裝置已達(dá)到穩(wěn)定長周期生產(chǎn)設(shè)計要求，在生產(chǎn)過程中，鍋爐給水水質(zhì)是保證殼牌煤氣化穩(wěn)定運行的重要因素，保證高質(zhì)量的水質(zhì)對殼牌煤氣化穩(wěn)定運行起著非常重要的作用。

1 殼牌煤氣化鍋爐給水處理

1.1 爐外化學(xué)處理

爐外化學(xué)處理是進(jìn)行補給水的預(yù)處理，軟化、除堿或除鹽，使其補給水的水質(zhì)達(dá)到各種類型氣化爐的用水要求。在殼牌煤氣化爐的鍋爐給水用水上，爐外處理已在水處理工段進(jìn)行處理。在氣化工段用水時爐外處理已做好。

1.2 爐內(nèi)加藥處理

爐內(nèi)加藥處理是根據(jù)爐內(nèi)水質(zhì)情況，向水內(nèi)定量投加藥劑，以保證爐水的各項指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)。鍋爐內(nèi)水處理，是鍋爐上最早采用的水處理方法，現(xiàn)代水處理是往鍋爐給水或爐水中投入適當(dāng)?shù)乃巹?，使其與鍋水中的結(jié)垢物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，減少沉淀物析出，或生成松軟的水渣通過汽包排污去掉，從而達(dá)到預(yù)防或減輕結(jié)垢和腐蝕的目的，另外也可以往爐水中加入一些特殊的藥劑，起防腐作用或消沫作用，對于給水進(jìn)行鍋爐外水處理的氣化爐，爐內(nèi)水處理可以看作是爐外水處理的補充。爐內(nèi)水處理也是殼牌氣化爐鍋爐給水的用水處理方法

優(yōu)點是：方法簡單、設(shè)備投資少、易于采用、不需專門化驗設(shè)備和人員、對原水水質(zhì)變化適應(yīng)范圍廣、容許氣化爐在結(jié)有薄垢的情況下運行、對水質(zhì)要求低。

缺點是：氣化爐汽包排污率高、熱損失大、不能完全防止結(jié)垢、且防垢效果不穩(wěn)定、處理生成大量沉淀物、不易全部排出、有可能形成二次水垢。爐內(nèi)水處理的方法很多，殼牌氣化爐常用的是磷酸鹽處理法。

1.2.1 正常磷酸鹽處理

中、高壓氣化爐一般采用磷酸鹽處理法進(jìn)行爐內(nèi)水處理，磷酸鹽處理有三種方式：常量磷酸鹽處理，低磷酸鹽處理和磷酸鹽-PH控制，其中正常磷酸鹽處理用于軟水作補充水的鍋爐，低磷酸鹽處理和磷酸鹽-PH控制用于脫鹽水為補充的。

原理：在進(jìn)行磷酸鹽處理時，一般采用磷酸三鈉Na3PO4·12H2O，它是一種白色晶體狀的顆粒，它在爐水中起兩個作用：

（1）防垢由于爐水處于不斷沸騰狀態(tài)，且其PH值較高，加入一定量的磷酸鹽后，發(fā)生如下反應(yīng)：

10Ca2++6PO43-+2OH- →Ca10（OH）2（PO4）6↓

反應(yīng)生成的蛇紋石也是水渣，易隨排污排出。

堿式磷酸鈣和蛇紋石都是溶解度很小的難溶化合物，在爐水中維持一定數(shù)量的過剩磷酸根，可使水中的鈣鎂離子濃度降得很低，從而避免生成硫酸鈣、CaSiO3、Mg3（PO4）2 水垢。

（2）防腐。磷酸鹽可在氣化爐水冷壁金屬的表面，生成磷酸鹽保護(hù)膜，防止金屬腐蝕。

水中的磷酸根的含量不宜過高或過低，過低起不到防垢作用，過高會增加爐水含鹽量，影響蒸汽品質(zhì)，有可能生成Fe3（PO4）2或Mg3（PO4）2水垢，在爐管中發(fā)生“Na3PO4 ”的隱藏現(xiàn)象：藥劑耗量增大，因此要維持爐水中一定的磷酸根含量。

1.2.2 低磷酸鹽處理

有些高參數(shù)汽包氣化爐，由于補給水質(zhì)優(yōu)良，因此隨給水進(jìn)入爐內(nèi)的鈣離子、鎂離子、硅酸根離子非常少，有可能盡量降低爐水中磷酸離子的濃度標(biāo)準(zhǔn)，稱為低磷酸鹽處理。

1.2.3 磷酸鹽-PH控制

對用脫鹽水作為補給水的高壓和超高壓汽包爐，通過對爐水的磷酸根含量和超高壓汽包爐，通過對爐水的磷酸根和PH值兩個指標(biāo)嚴(yán)格控制，達(dá)到防垢防腐的一種水處理工藝。

1.3 加藥方法

1.3.1 間斷加藥

間斷加藥是每隔一定時間，向給水或爐水加藥一次的方法，這種方法設(shè)備簡單，但在運行中，藥液濃度變化很大，會出現(xiàn)加藥之前的含鹽量，堿度和PH值過低，而在加藥后又過高的現(xiàn)象。

1.3.2 連續(xù)加藥

加藥操作中，首先將磷酸鈉溶解在溶解箱內(nèi)，配制成5%-8%的濃溶液，通過計量泵送入汽包循環(huán)水中，加藥管配在汽包循環(huán)水泵進(jìn)口，加藥量的調(diào)節(jié)是靠改變藥液濃度來完成的。

2 鍋爐給水水質(zhì)對殼牌煤氣化的影響

鍋爐給水水質(zhì)對長周期運行非常重要，在殼牌煤氣化的運行中，水冷壁的損壞90%與水質(zhì)的惡化有關(guān)。

傳統(tǒng)鍋爐：熱通量=100-150*KW/M2

殼牌氣化爐：熱通量=200-400*KW/M2

在高熱通量的情況下需要更高的水質(zhì)（如表1）。而殼牌煤氣化工藝氣化爐操作熱通量是傳統(tǒng)鍋爐的2至4倍，所以需要更高的水質(zhì)。好的水質(zhì)能促使形成薄的、穩(wěn)定均勻的四氧化三鐵防腐蝕鈍化膜（如圖1）。

給水劣化對氣化爐的影響主要體現(xiàn)在兩個方面：

2.1 管道或換熱設(shè)備結(jié)垢

（1）結(jié)垢的原因：指如果水質(zhì)不良，運行一段時間后，在熱力設(shè)備中受熱面水側(cè)金屬表面上生成的固態(tài)附著物叫做水垢。氣化爐的補水率一般都超過50%，因此水處理工藝及補充水質(zhì)量直接影響氣化爐結(jié)垢傾向。較小容量的工業(yè)鍋爐補充水僅作軟化處理，其殘留硬度較大，是氣化爐結(jié)垢的主要原因。另外，在爐水中，還可能析出一些固體物質(zhì)，這些固體物質(zhì)有的以懸浮狀態(tài)存在于水中，也有的以泥渣狀態(tài)沉積在水冷壁水流流動滯緩的各個部位。這些呈懸浮狀態(tài)或沉渣狀態(tài)的物質(zhì)叫水渣。

碳酸鹽水垢外觀為白色或灰白色。如果水冷壁有腐蝕時，會染上腐蝕產(chǎn)物的顏色。呈灰白色或粉紅色的碳酸鹽水垢中常含有少量二氧化硅和氧化鐵。如圖2。

磷酸鹽水垢往往是和碳酸鹽水垢共存的。氣化爐中，當(dāng)軟化水的殘余硬度過高時，通常把碳酸鹽含量（灼燒減量加氧化鈣）不足50%而磷酸鹽含量超過10%的垢種稱作磷酸鹽水垢。磷酸鹽水垢外觀為灰白色，質(zhì)地較為疏松。僅有碳酸鹽和磷酸鹽的水垢呈灰白色就是由于磷灰石是灰色。如果有腐蝕產(chǎn)物則呈灰紅色或紅褐色，氣化爐中或給水中加有除氧劑時，垢的顏色多呈灰黑色。

磷酸鹽水垢的附著能力差，容易用捅刷刮磨等方法除去。不受熱部分的磷酸鹽垢松軟，呈堆積狀。磷酸鹽垢隨受熱面的熱流強度和金屬溫度升高而結(jié)垢嚴(yán)重，垢質(zhì)也變得堅硬難除。

（2）水垢和水渣的危害。由于水垢的導(dǎo)熱性能很小，所以水垢會降低熱力設(shè)備的傳熱效率，增加熱損失。有人估算，如果在水冷壁中生成1mm厚的水垢，可使熱損失增加1.0%-1.5%。所以結(jié)有水垢的爐管，容易因過熱而產(chǎn)生蠕變、鼓包、穿孔、破裂、爆管等事故，并且損壞鈍化膜（如圖3）。懸浮的水渣還會堵塞循環(huán)泵進(jìn)口過濾器，導(dǎo)致進(jìn)口過濾器壓差13PDT0047（如圖4）升高，使泵不打量，最終停車。

2.2 金屬的腐蝕

金屬腐蝕是指金屬受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的破壞或變質(zhì)，可分為以下兩種：

（1）氧腐蝕。

氧腐蝕的特征是溶液的PH值降低，氯離子濃度提高，鐵的陽極溶解反應(yīng)加快，從而形成腐蝕坑。與此同時腐蝕產(chǎn)生的部分鐵離子會不斷地通過疏松的自身產(chǎn)物成，向外擴散并再遇到水中的氫離子和氧時發(fā)生上述反應(yīng)，產(chǎn)生越來越多的次生產(chǎn)物，這樣次生產(chǎn)物在腐蝕坑上堆積，結(jié)果形成許多小鼓包。這些鼓包的大小差別很大，起直徑從1-30mm不等，這種腐蝕特征稱為潰瘍腐蝕鼓包表面的顏色可能成為環(huán)褐色、磚紅色、黑褐色，次成是黑色粉末狀物，這些都是腐蝕產(chǎn)物。

（2）酸性腐蝕。

補水中所含的碳酸化合物是水汽系統(tǒng)中二氧化碳的主要源，其次發(fā)生泄漏時，漏入凝結(jié)水的冷卻水也會帶入酸性物質(zhì)，其中主要是碳酸氫鹽。水汽系統(tǒng)中的二氧化碳腐蝕是指溶解在水中的游離二氧化碳導(dǎo)致的析氫腐蝕，融入少量二氧化碳其PH就會顯著降低。碳鋼和低合金鋼在流動介質(zhì)中受二氧化碳腐蝕時，在溫度不很高的情況下，其特征是材料的均勻減薄，因為在這種情況下生成的腐蝕產(chǎn)物溶解度較大，易被水流帶走，因此設(shè)備一但發(fā)生二氧化碳腐蝕，往往出現(xiàn)大面積損壞。

3 結(jié)論

殼牌煤氣化穩(wěn)定長周期運行的影響因素很多，鍋爐給水水質(zhì)是其中一重要因素，水質(zhì)的好壞直接影響著氣化爐的運行和使用壽命，所以在正常生產(chǎn)中要按照殼牌煤氣化爐爐水標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制水質(zhì)，才能保證生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。

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